Разработка предложений по очистке природного газа и переработки кислых газов с получением товарной продукции (серы) (на примере Карачаганакского месторождения)

во-первых, конкретными условиями процесса – нагрузками по газу, жидкости, различиями в физических свойствах систем, наличием в потоках жидкости и газа механических примесей, поверхностью контакта фаз в единице объема аппарата и т.д.;

во-вторых, особыми требованиями к технологическому процессу – необходимостью обеспечить небольшой перепад давления в колонне, широкий интервал изменения устойч

ивости работы, малое время пребывания жидкости в аппарате и т.д.

в-третьих, особыми требованиями к аппаратурному оформлению – создание единичного или серийно выпускаемого аппарата малой или большой единичной мощности, обеспечение возможности работы в условиях сильно коррозионной среды, создание условий повышенной надежности и т.д.

В нефтегазоперерабатывающей промышленности особое значение при выборе насадки имеют следующие факторы: малое гидравлическое сопротивление абсорбера, возможность быстро и дешево удалять с поверхности насадки отлагающийся шлам и т.д. в данном случае, когда газ очищается под повышенным давлением, гидравлическим сопротивлением можно пренебречь. Поэтому наиболее эффективна насадка, имеющая меньший эквивалентный диаметр, а следовательно, меньший коэффициент свободного объема и большую удельную поверхность. В промышленной аппаратуре чаще всего используются кольцевая насадка и дробленный кусковый материал.

В рассматриваемом случае для первой ступени выберем керамические кольца Рашига в навал размером 10х10х1,5 мм. Удельная поверхность насадки а = 440 м2/м3, свободный объем Е = 0,7 м3/м3, эквивалентный диаметр dэ = 0,006 м, насыпная плотность ρ = 700 кг/м3, число штук 700000 в 1 м3 /20/.

Для второй ступени абсорбции рекомендуется выбрать самую дешевую, но тем не менее надежную деревянную хордовую насадку, размером 10х100 мм с шагом в свету 10 мм. Удельная поверхность насадки а = 100 м2/м3; свободный объем Е = 0,55 м3/м3, эквивалентный диаметр dэ = 0,022 м, насыпная плотность ρ = 210 кг/м3 /20/.

3.3.4 Скорость газа и диаметр абсорбера

Предельную скорость газа, выше которой наступает захлебывание насадочных абсорберов, можно рассчитать по уравнению /19/.

(3.17)

где wпр – предельная фиктивная скорость газа, м/с; μх, μв – вязкость соответственно поглотителя и воды при температуре в абсорбере минус 20о, Па·С; А, В – коэффициенты, зависящие от типа насадки; L и G – расходы фаз, кг/с. Значения коэффициентов А = - 0,073; В = 1,75 /5, 20/.

Пересчитаем плотность газа на условия в абсорбере:

Предельную скорость wпр находим из уравнения (3.16), принимая при этом, что отношение расходов фаз в случае разбавленных смесей приблизительно равно отношению расходов инертных фаз:

Решая это уравнение, получим wпр = 10,3 м/с.

Выбор рабочей скорости обусловлен многими факторами. В общем случае ее находят путем технико-экономического расчета для каждого конкретного процесса /5/. В данном случае абсорбция проводится под повышенным давлением, то, как указывалось ранее, потеря напора на преодоление гидравлического сопротивления абсорбера в данном случае составляет незначительную долю общего давления в системе и не оказывает существенного влияния на экономические показатели абсорбционной установки. При этом целесообразно использовать небольшие возможные скорости газа в абсорбере, близкие к предельной, т.е. равной 0,4 ÷ 0,5 от предельной /19, 21/.

Примем

w = 0,5wпр = 0,5 · 10,3 = 5,15 м/с

Диаметр абсорбера находят из уравнения расхода:

(3.18)

где V – объемный расход газа при условиях в абсорбере, м3/с. Отсюда:

Выбираем стандартный диаметр обечайки абсорбера d = 2,6 м /20, 24/. При этом действительная скорость газа в колонне

Определим скорость газа и диаметр абсорбера второй ступени.

Предельную скорость газа, выше которой наступает захлебывание насадочных абсорберов, определяют по уравнению (3.17).

Значения коэффициентов А и В, требуемых в уравнении, соответственно равны 0 и 1,75 /20/.

Плотность газа для второй ступени абсорбции остается почти без изменений и соответственно ρу = 17,014 кг/м3.

Далее решаем уравнение (3.15)

Отсюда wпр = 14,45 м/с

Следуя вышеописанным рекомендациям, рабочую скорость примем:

wр = 0,5 wпр = 0,5·14,45=7,225 м/с

Диаметр абсорбера находим по уравнению (3.18)

Выбираем /20, 21/ стандартный диаметр обечайки второй ступени абсорбера d = 2,2 м. Следовательно, скорость газа в колонне

Wд = 7,225 (2,15/2,2)2 = 5,22 м/с

3.3.5 Плотность орошения и активная поверхность насадки

Плотность орошения (скорость жидкости) рассчитывают по формуле

(3.19)

где S – площадь поперечного сечения абсорбера, м2

Подставив, получим:

При недостаточной плотности орошения и неправильной организации подачи жидкости /5/ поверхность насадки может быть смочена не полностью. Но даже часть смоченной поверхности практически не участвует в процессе массопередачи ввиду наличия застойных зон жидкости (особенно в абсорберах с нерегулярной насадкой) или неравномерного распределения газа по сечению колонны.

Существует некоторая – минимальная эффективная плотность орошения Vmin, выше которой всю поверхность насадки можно считать смоченной. Для надсадочных абсорберов минимальную эффективную плотность орошения Vmin находят по соотношению /5/:

Vmin = а qэф (3.20)

где qэф – эффективная линейная плотность орошения, м2/с

Для колец Рашига размером 10х10х1,5 мм qэф = 0,022 · 10-3 м2/с

Vmin = 440 · 0,022 · 10-3 = 96,8 · 10-4 м3/(м2·с)

Коэффициент смачивания насадки ψ для колец Рашига при заполнении колонн в навал, можно определить из следующего эмпирического уравнения /5, 20, 24/:

(3.21)

где dн – диаметр насадки:

m = 0,133 dн-0,5

G = 20 мН/м – поверхностное натяжение.

m = 0,133 · 0,006-0,5 = 1,72

Доля активной поверхности насадки ψа может быть найдена по формуле /5/:

(3.22)

где р и q – коэффициенты, зависящие от типа насадки /5/.

Подставив значения, получим:

Плотность орошения абсорбера второй ступени рассчитывается по уравнению (3.19)

 Скачать реферат